WO2014157995A1 - 하이브리드 건설기계의 유압펌프 제어방법 - Google Patents

하이브리드 건설기계의 유압펌프 제어방법 Download PDF

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WO2014157995A1
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equivalent
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pump
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유승진
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두산인프라코어 주식회사
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    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20Drives; Control devices
    • E02F9/2058Electric or electro-mechanical or mechanical control devices of vehicle sub-units
    • E02F9/2062Control of propulsion units
    • E02F9/2075Control of propulsion units of the hybrid type
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04B49/065Control using electricity and making use of computers
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    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D29/00Controlling engines, such controlling being peculiar to the devices driven thereby, the devices being other than parts or accessories essential to engine operation, e.g. controlling of engines by signals external thereto
    • F02D29/04Controlling engines, such controlling being peculiar to the devices driven thereby, the devices being other than parts or accessories essential to engine operation, e.g. controlling of engines by signals external thereto peculiar to engines driving pumps

Definitions

  • the present invention relates to a method for controlling a hydraulic pump of a hybrid construction machine, and more particularly, in a hybrid construction machine equipped with a hydraulic work machine operated by hydraulic energy and a turning motor operated by electric energy, the operating state of the turning motor. According to a method for controlling a hydraulic pump of a hybrid construction machine.
  • a hybrid construction machine operates a generator and a hydraulic pump by the power of an engine.
  • the generator generates electrical energy
  • the pump generates hydraulic energy.
  • the generator generates electrical energy to operate the turning motor, and excess electrical energy is stored in the electrical energy storage device.
  • the swinging motor may be operated as a generator during deceleration to produce electrical energy.
  • the swinging motor may also be operated by electrical energy charged in the electrical energy storage device.
  • Hydraulic work machines include boom actuators, arm actuators, bucket actuators, travel motors and optional devices.
  • the turning motor when turning the upper body, the turning motor is controlled by the current value separately from the hydraulic working machine, and the upper body is turned by the operation of the turning motor.
  • the output of the engine may be increased to meet the load.
  • the engine can output power high enough to reach rated engine speed.
  • an object of the present invention is to provide a hydraulic pump control method of a hybrid construction machine to implement a similar operation sensitivity of the hybrid construction machine and the operation sensitivity of the engine-type construction machine.
  • the pump horsepower control diagram of the hydraulic pump control method of the hybrid construction machine according to the present invention the horsepower control or back horsepower control for the hydraulic system may be performed to be variable.
  • the hydraulic pump control method of the hybrid construction machine according to the present invention converts the current value for controlling the turning motor into a hydraulic control signal, and converts the hydraulic control signal back to the current value to control the hydraulic pump. That is, the hydraulic pump can be controlled by reflecting the characteristics of the swinging motor.
  • the operation sensitivity of the hybrid construction machine can be implemented similarly to the operation sensitivity of the engine-type construction machine.
  • 1 is a view for explaining the power flow of the hybrid construction machine.
  • FIG. 2 is a view for explaining a hydraulic pump control method of a hybrid construction machine according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a view for explaining the crystal flow rate finally determined in the hydraulic pump control method of the hybrid construction machine according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view for explaining an example of converting the finally determined crystal flow rate to the pressure determined finally in the hydraulic pump control method of the hybrid construction machine according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a view for explaining an example of converting the pressure finally determined in the hydraulic pump control method of the hybrid construction machine according to an embodiment of the present invention to the current value to control the hydraulic pump.
  • Figure 6 is a flow chart for explaining a hydraulic pump control method of a hybrid construction machine according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a hydraulic pump control method of a hybrid construction machine according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a flow chart for explaining a hydraulic pump control method of a hybrid construction machine according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a view for explaining the power flow of the hybrid construction machine.
  • the hybrid construction machine is equipped with an engine 10, a generator 20, and a hydraulic pump 30.
  • the hydraulic pump 30 discharges the hydraulic oil in which the pressure is formed.
  • the hydraulic oil is provided to various hydraulic actuators 50 via the control valve 40.
  • the hydraulic actuator 50 is hydraulically operated, and may include, for example, a boom actuator, an arm actuator, a bucket actuator, a traveling motor, an optional device, and the like.
  • the generator 20 generates electrical energy.
  • the electric energy operates the turning electric motor 60, and the surplus electric energy is stored in the electric energy storage device 70.
  • the turning motor 60 may be operated by the electric energy stored in the electric energy storage device 70.
  • the inertial energy of the upper body is converted into electrical energy by the turning electric motor 60, and the generated electrical energy may be stored in the electrical energy storage device 70 described above.
  • the hydraulic actuator 50 is operated by the hydraulic control, but the turning motor 60 is operated by the electric energy, so that separate control is made.
  • FIG. 2 is a view for explaining a hydraulic pump control method of a hybrid construction machine according to an embodiment of the present invention.
  • 3 is a view for explaining the crystal flow rate finally determined in the hydraulic pump control method of the hybrid construction machine according to an embodiment of the present invention.
  • 4 is a view for explaining an example of converting the finally determined crystal flow rate to the pressure determined finally in the hydraulic pump control method of the hybrid construction machine according to an embodiment of the present invention.
  • 5 is a view for explaining an example of converting the pressure finally determined in the hydraulic pump control method of the hybrid construction machine according to an embodiment of the present invention to the current value to control the hydraulic pump.
  • Figure 6 is a flow chart for explaining a hydraulic pump control method of a hybrid construction machine according to an embodiment of the present invention.
  • prefix "determined” may be understood to mean the value at which the control of the hydraulic pump is to be adjusted.
  • Torque calculation step (s10) is a step for obtaining a torque implemented in the turning motor 60.
  • the torque of the swing motor 60 is input by the control current value Is for controlling the swing motor 60, and is obtained by multiplying the control current value Is and the motor constant Km.
  • the torque thus obtained is called turning motor torque (T).
  • Output calculation step (s20) is a step for obtaining the output implemented in the swing motor (60).
  • the output of the turning motor 60 receives the turning motor speed W, and is obtained by multiplying the turning motor speed W by the turning motor torque T. The output thus obtained is called turning motor output Ps.
  • the equivalent pump flow rate calculation step (s30) is a step of converting the turning motor output Ps into the output of the hydraulic pump 30 and converting it into a flow rate.
  • the equivalent pump flow rate Qep is obtained by inputting the pump discharge pressure Pp, which is the discharge pressure of the hydraulic pump 30, and dividing the turning motor output Ps by the pump discharge pressure Pp. The flow rate thus obtained is called the equivalent pump flow rate Qep.
  • the equivalent swing flow rate calculation step (s40) is a step of converting the speed of the swing motor 60 to the flow rate of the swing hydraulic motor mounted on a conventional engine construction machine.
  • the equivalent swing flow rate Qes is inputted by the swing motor speed W, and is obtained by multiplying the swing motor speed W by the swing hydraulic motor volume Ds. The flow rate thus obtained is called the equivalent turning flow rate Qes.
  • Crystal flow rate setting step (s50) is a larger value of the equivalent swing flow rate Qes and the equivalent pump flow rate Qep, or '0' according to the sign of the swing motor output Ps. It is a step of setting the crystal flow rate Qr. In detail, as shown in FIG. 6, when the turning motor output value Ps is compared with '0' (s51) and negative, the crystal flow rate Qr is set to '0' (s52).
  • the equivalent pump flow rate Qep and the equivalent swing flow rate Qes are compared (s53), and if the equivalent pump flow rate Qep is greater than the equivalent swing flow rate Qes, the equivalent flow rate Qr is equivalent to the pump.
  • the equivalent swing flow rate Qes is set to the determination flow rate Qr (s54).
  • the determination pressure calculation step s60 is a step of obtaining the determination pressure Pf based on the determination flow rate Qr. As shown in Fig. 3, on the horsepower control diagram of the hydraulic pump 30, the current pump discharge flow rate Qp1 corresponding to the pump discharge pressure Pp is found on the current horsepower control diagram L1, and the current pump discharge flow rate ( Subtracting the crystal flow rate Qr from Qp1), the target pump discharge flow rate Qp2 and the target horsepower control curve L2 are obtained.
  • Horsepower control is a control to prevent excessive torque from being applied to the engine by varying the tilt angle of the pump according to the discharge pressure average value. In other words, when the flow rate is increased, the pressure is decreased, and when the pressure is increased, the flow rate is decreased to maintain the horsepower constant.
  • Back horsepower control is a control that prevents excessive torque from being applied to the engine.
  • the load applied to the engine may be increased or reduced depending on how much power is used among the total power implemented in the engine.
  • the current horsepower control diagram L1 has more load applied to the engine compared to the target horsepower control diagram L2, but can generate a larger torque.
  • the higher the load the higher the target horsepower control diagram (L2) than the current horsepower control map (L1) side of the current horsepower control map (L1) rather than the current horsepower control diagram (L1), the target horsepower control diagram (L1) The diagram on the L2) side is used.
  • the determination pressure Pf is obtained by substituting the crystal flow rate Qr in the pressure-flow chart.
  • the determination current value derivation step s70 is a step of generating a determination control current value Ie based on the determination pressure Pf. As shown in Fig. 5, when the pressure value is substituted in the current-pressure diagram, the current value is determined. That is, when the determination pressure Pf is substituted into the current-pressure diagram, the determination control current value Ie corresponding thereto is generated.
  • the finally determined crystal control current value Ie is provided to the Electronic Proportional Pressure Reducing Valve (EPPR V / V).
  • the electromagnetic proportional control valve described above controls the tilt angle of the hydraulic pump 30.
  • Figures 7 and 8 is a flow chart for explaining the hydraulic pump control method of the hybrid construction machine according to various embodiments of the present invention, respectively.
  • the equivalent pump flow rate obtained in the equivalent pump flow rate calculation step (s30) in the determination pressure calculation step (s60) can be omitted by substituting Qep in the pump horsepower control diagram to obtain the determined pressure Pf.
  • the torque calculation step s10, the output calculation step s20, and the equivalent pump flow rate calculation step s30 may be omitted by substituting the determined pressure Pf by substitution.
  • the hydraulic pump control method of the hybrid construction machine when performing the combined swing operation, the total output of the work machine can be controlled to be similar to the conventional engine-type construction machine, and the operation sensitivity can be similarly implemented. .
  • Hydraulic pump control method of a hybrid construction machine by operating the hydraulic pump and the generator by the power of the engine, by generating the hydraulic energy by the hydraulic pump to operate the hydraulic work machine, by generating electrical energy by the generator In operating the swing motor, it can be used to control the hydraulic pump reflecting the characteristics of the swing motor.

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Abstract

본 발명은 하이브리드 건설기계의 유압펌프 제어방법에 관한 것으로, 선회 전동기(60)의 제어 전류값(Is)와 전동기 상수(Km)을 곱하여 선회 전동기 토크(T)를 구하는 토크 연산 단계(s10), 상기 선회전동기 토크(T)에 선회 전동기(60)의 회전속도(W)를 곱하여 선회 전동기 출력(Ps)을 연산하는 출력 연산단계(s20), 상기 선회 전동기 출력(Ps)을 유압 펌프(30)의 토출 압력(Pp)으로 나누어 등가의 펌프 유량(Qep)을 구하는 등가 펌프 유량 연산 단계(s30), 상기 선회 전동기(60)의 회전속도(W)의 크기에 엔진식 굴삭기의 선회 유압모터 용적(Ds)을 곱하여 등가 선회 유량(Qes)을 구하는 등가 선회 유량 연산단계(s40), 상기 선회전동기 출력(Ps)의 부호가 양수이면 상기 등가 선회 유량(Qes)과 등가 펌프 유량(Qep) 중에 큰 값을 결정유량(Qr)으로 설정하고, 상기 선회전동기 출력(Ps)의 부호가 음수인 경우에는 '0'을 결정유량(Qr)으로 설정하는 결정유량 설정단계(s50), 펌프마력제어 선도에 상기 결정유량(Qr)을 대입하여 결정 압력(Pf)을 구하는 결정압력 연산단계(s60) 및 전류-압력 선도에 상기 결정압력(Pf)을 대입하여 결정 제어전류 값(Ie)을 구하는 결정 전류값 도출단계(s70)를 포함하고, 상기 결정 전류 값(Ie)에 의하여 유압펌프(30)의 전자비례제어밸브가 제어된다.

Description

하이브리드 건설기계의 유압펌프 제어방법
본 발명은 하이브리드 건설기계의 유압펌프 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유압에너지에 의해 작동되는 유압 작업기와 전기에너지에 의해 작동되는 선회 전동기를 탑재한 하이브리드 건설기계에 있어서, 선회 전동기의 작동상태에 따라 하이브리드 건설기계의 유압펌프를 제어하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 하이브리드 건설기계는 엔진의 동력에 의해 발전기와 유압펌프를 작동시킨다. 발전기는 전기에너지를 생성하고, 펌프는 유압에너지를 생성한다.
발전기는 전기에너지를 생성하여 선회 전동기를 작동시키고, 잉여의 전기에너지는 전기에너지 저장장치에 저장된다. 또한, 선회 전동기는 감속시 발전기로 작동되어 전기에너지를 생산할 수도 있다. 또한, 선회 전동기는 전기에너지 저장장치에 충전된 전기에너지에 의해 작동될 수도 있다.
펌프는 작동유를 토출하고, 작동유는 각종 밸브 제어에 의해 유압 작업기에 제공된다. 유압 작업기는 붐 액추에이터, 암 액추에이터, 버킷 액추에이터, 주행 모터 및 옵션 장치 등이 있다.
즉, 하이브리드 건설기계는 상부체를 선회하고자 할 때에 유압 작업기와 별개로 전류 값에 의해 선회 전동기가 제어되고, 선회 전동기의 작동에 의해 상부체가 선회된다.
한편, 하이브리드 건설기계는 상부체 선회가 작동하는 경우에도 유압 작업기에 부하가 작용됨에 따라 부하에 충족되도록 엔진의 출력이 높아질 수 있다. 예를 들면, 엔진이 정격엔진회전수에 도달할 정도로 높은 동력을 출력할 수 있다.
이로써 상부체 선회와 유압 작업기의 작동을 동시에 수행하는 복합적인 작동을 수행할 때에, 엔진과 전기에너지 저장장치에서 출력되는 총 동력은 매우 클 수 있고, 특히 하이브리드 건설기계에서 생성되는 총 동력은 엔진식 건설기계에서 생성되는 총 동력에 비교하여 더 클 수 있다.
이로써 엔진식 건설기계에 익숙한 작업자라면, 하이브리드 건설기계를 운전할 때에 감성적으로 이질감을 느낄 수 있다. 특히, 조이스틱 레버를 조작하는 변위 정도에 따라 각종 액추에이터가 작동되는데, 이질감으로 인하여 적정한 레버 조작이 어려울 수 있고, 이로써 상부체 선회 작동이 작업자의 의도와 다르게 상대적으로 너무 빠르게 작동될 수도 있다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 하이브리드 건설기계의 조작감성과 엔진식 건설기계의 조작감성이 유사하게 구현하도록 하는 하이브리드 건설기계의 유압펌프 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제는 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 하이브리드 건설기계의 유압펌프 제어방법은, 선회 전동기(60)의 제어 전류값(Is)과 전동기 상수(Km)을 곱하여 선회 전동기 토크(T)를 구하는 토크 연산 단계(s10); 상기 선회전동기 토크(T)에 선회 전동기(60)의 회전속도(W)를 곱하여 선회 전동기 출력(Ps)을 연산하는 출력 연산단계(s20); 상기 선회 전동기 출력(Ps)을 유압 펌프(30)의 토출 압력(Pp)로 나누어 등가의 펌프 유량(Qep)을 구하는 등가 펌프 유량 연산 단계(s30); 상기 선회 전동기(60)의 회전속도(W)의 크기에 엔진식 굴삭기의 선회 유압모터 용적(Ds)을 곱하여 등가 선회 유량(Qes)을 구하는 등가 선회 유량 연산단계(s40); 상기 선회전동기 출력(Ps)의 부호가 양수이면 상기 등가 선회 유량(Qes)과 등가 펌프 유량(Qep) 중에 큰 값을 결정유량(Qr)으로 설정하고, 상기 선회전동기 출력(Ps)의 부호가 음수인 경우에는 '0'을 결정유량(Qr)으로 설정하는 결정유량 설정단계(s50); 펌프마력제어 선도에 상기 결정유량(Qr)을 대입하여 결정 압력(Pf)을 구하는 결정압력 연산단계(s60); 및 전류-압력 선도에 상기 결정압력(Pf)을 대입하여 결정 제어전류 값(Ie)을 구하는 결정 전류값 도출단계(s70); 를 포함하고, 상기 결정 전류 값(Ie)에 의하여 유압펌프(30)의 전자비례제어밸브(EPPR V/V)가 제어된다.
또한, 본 발명에 따른 하이브리드 건설기계의 유압펌프 제어방법의 상기 펌프마력제어 선도는, 유압시스템에 대한 마력제어 또는 등마력제어가 수행되어 가변 되는 것일 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따른 하이브리드 건설기계의 유압펌프 제어방법은 선회 전동기를 제어하는 전류 값을 유압제어신호로 환산하고, 유압제어신호를 다시 전류 값으로 환산하여 유압펌프를 제어한다. 즉, 선회 전동기의 특성을 반영하여 유압펌프를 제어할 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 하이브리드 건설기계의 유압펌프 제어방법에 의하면 하이브리드 건설기계의 조작 감성이 엔진식 건설기계의 조작 감성과 유사하게 구현될 수 있다.
나아가 엔진식 건설기계에 익숙한 작업자도 별다른 이질감 없이 하이브리드 건설기계를 안정적으로 운전할 수 있는 것이다.
도 1은 하이브리드 건설기계의 동력 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 건설기계의 유압펌프 제어방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 건설기계의 유압펌프 제어방법에서 최종적으로 결정된 결정유량을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 건설기계의 유압펌프 제어방법에서 최종적으로 결정된 결정유량을 최종적으로 결정되는 압력으로 환산하는 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 건설기계의 유압펌프 제어방법에서 최종적으로 결정되는 압력을 유압펌프를 제어하도록 하는 전류값으로 환산하는 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 건설기계의 유압펌프 제어방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 건설기계의 유압펌프 제어방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 하이브리드 건설기계의 유압펌프 제어방법을 설명하기 위한 순서도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명한다. 이하에서 설명되는 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명 및 구체적인 도시를 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 발명의 이해를 돕기 위하여 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 크기가 과장되게 도시될 수 있다.
한편, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 생산자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
먼저, 도 1을 참조하여 하이브리드 건설기계의 동력 흐름을 설명한다. 첨부도면 도 1은 하이브리드 건설기계의 동력 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 하이브리드 건설기계는 엔진(10)과 발전기(20)와 유압펌프(30)가 탑재된다.
유압펌프(30)는 압력이 형성된 작동유를 토출한다. 작동유는 제어밸브(40)를 경유하여 각종 유압식 액추에이터(50)에 제공된다.
유압식 액추에이터(50)는 유압에 의해 작동되는 것으로, 예를 들면, 붐 액추에이터, 암 액추에이터, 버킷 액추에이터, 주행 모터 및 옵션 장치 등이 있을 수 있다.
발전기(20)는 전기에너지를 생성한다. 전기에너지는 선회 전동기(60)를 작동시키고, 잉여의 전기에너지는 전기에너지 저장장치(70)에 저장된다. 한편, 전기에너지 저장장치(70)에 저장된 전기에너지에 의해 선회 전동기(60)가 작동될 수 있다. 또한, 상부체가 감속하여 정지하려고 할 때에 상부체의 관성에너지는 선회 전동기(60)에 의해 전기 에너지로 변환되고, 이때 생성된 전기에너지는 상술한 전기에너지 저장장치(70)에 저장될 수 있다.
즉, 유압 액추에이터(50)는 유압제어에 의해 작동되지만, 선회 전동기(60)는 전기에너지에 의해 작동되므로 별개의 제어가 이루어지는 것이다.
이하, 도 2 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 건설기계의 유압펌프 제어방법에 대해서 설명한다.
첨부도면 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 건설기계의 유압펌프 제어방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 건설기계의 유압펌프 제어방법에서 최종적으로 결정된 결정유량을 설명하기 위한 도면이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 건설기계의 유압펌프 제어방법에서 최종적으로 결정된 결정유량을 최종적으로 결정되는 압력으로 환산하는 예를 설명하기 위한 도면이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 건설기계의 유압펌프 제어방법에서 최종적으로 결정되는 압력을 유압펌프를 제어하도록 하는 전류값으로 환산하는 예를 설명하기 위한 도면이다. 도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 건설기계의 유압펌프 제어방법을 설명하기 위한 순서도이다.
이하에서 사용되는 용어에서, "결정"이라는 접두어는 유압펌프의 제어가 조정될 값을 의미로 이해될 수 있다.
이하, 선회 전동기(60)의 작용으로부터 유압펌프(30)가 제어되기까지의 과정을 단계별로 설명한다.
토크 연산 단계(s10): 토크 연산 단계(s10)는 선회 전동기(60)에서 구현되는 토크를 구하는 단계이다. 선회 전동기(60)의 토크는 선회 전동기(60)를 제어하도록 하는 제어 전류값(Is)을 입력 받고, 제어 전류값(Is)과 전동기 상수(Km)의 곱셈으로 구해진다. 이렇게 구해진 토크를 선회 전동기 토크(T)라 한다.
출력 연산 단계(s20): 출력 연산 단계(s20)는 선회 전동기(60)에서 구현되는 출력을 구하는 단계이다. 선회 전동기(60)의 출력은 선회 전동기 속도(W)를 입력 받고, 선회 전동기 속도(W)와 선회 전동기 토크(T)의 곱셈으로 구해진다. 이렇게 구해진 출력을 선회 전동기 출력(Ps)이라 한다.
등가 펌프 유량 연산 단계(s30): 등가 펌프 유량 연산 단계(s30)는 선회 전동기 출력(Ps)을 유압펌프(30)의 출력으로 변환하고 이를 유량으로 환산하는 단계이다. 등가 펌프 유량(Qep)은 유압펌프(30)의 토출 압력인 펌프 토출 압력(Pp)을 입력 받고, 선회 전동기 출력(Ps)을 펌프 토출 압력(Pp)으로 나누어 구해진다. 이렇게 구해진 유량을 등가 펌프 유량(Qep)이라 한다.
등가 선회 유량 연산 단계(s40): 등가 선회 유량 연산 단계(s40)는 선회 전동기(60)의 속도를 종래 엔진식 건설기계에 탑재된 선회 유압모터의 유량으로 환산하는 단계이다. 등가 선회 유량(Qes)은 선회 전동기 속도(W)를 입력 받고, 선회 전동기 속도(W)와 선회 유압모터 용적(Ds)의 곱셈으로 구해진다. 이렇게 구해진 유량을 등가 선회 유량(Qes)이라 한다.
결정 유량 설정 단계(s50): 결정 유량 설정 단계(s50)는 상기 선회 전동기 출력(Ps)의 부호에 따라 상기 등가 선회 유량(Qes)과 등가 펌프 유량(Qep) 중 큰 값, 또는 '0'을 결정유량(Qr)으로 설정하는 단계이다. 이에 부연 설명하면, 도 6에 나타낸 바와 같이, 선회 전동기 출력값(Ps)을 '0'과 비교하여(s51) 음수인 경우에는 결정유량(Qr)을 '0'으로 설정한다(s52). 반면, 양수인 경우에는 등가 펌프 유량(Qep)과 등가 선회 유량(Qes)의 크기를 비교하여(s53), 등가 펌프 유량(Qep)이 등가 선회 유량(Qes)보다 크면 결정유량(Qr)을 등가 펌프 유량(Qep)으로 설정하고(s55), 반대로 등가 선회 유량(Qes)이 등가 펌프 유량(Qep)보다 크면, 등가 선회 유량(Qes)을 결정 유량(Qr)으로 설정 한다(s54).
결정압력 연산단계(s60): 결정압력 연산단계(s60)는 결정유량(Qr)에 근거하여 결정압력(Pf)을 구하는 단계이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 유압펌프(30)의 마력제어 선도상에서, 펌프 토출 압력(Pp)에 대응하는 현재 펌프 토출 유량(Qp1)을 현재 마력제어 선도(L1)상에서 구하고, 현재 펌프 토출 유량(Qp1)에서 결정유량(Qr)을 차감하면, 목표 펌프 토출 유량(Qp2) 및 목표 마력제어 선도(L2)가 구해진다.
마력제어는 토출압력 평균치에 따라 펌프의 경전각을 가변시켜 엔진에 과도한 토크가 작용되는 것을 방지하는 제어이다. 부연 설명하면, 유량이 증가되면 압력을 감소시키고, 압력이 증가되면 유량을 감소시켜 마력을 일정하게 유지시키는 제어이다.
등마력제어는 엔진에 정격이상의 과도한 토크가 작용되는 것을 방지하는 제어이다. 부연 설명하면, 엔진에서 구현되는 총 동력 중에 어느 정도 수준의 동력을 이용하느냐에 따라 엔진에 작용되는 부하를 증가 또는 경감 시킬 수 있다. 도 3에서 현재 마력제어선도(L1)는 목표 마력제어선도(L2)에 비교하여 엔진에 더 많은 부하가 작용되지만, 그 만큼 더 큰 토크를 발생시킬 수 있는 것이다. 즉, 고부하 작업을 수행할수록 목표 마력제어선도(L2)보다는 현재 마력제어선도(L1) 쪽의 선도를 이용하고, 반대로, 경부하 작업을 수행할수록 현재 마력제어선도(L1)보다는 목표 마력제어선도(L2) 쪽의 선도를 이용하게 된다.
결정압력(Pf)은 도 4에 나타낸 바와 같이, 압력-유량 선도에서 결정유량(Qr)을 대입하여 구해진다.
결정 전류값 도출단계(s70): 결정 전류값 도출단계(s70)는 결정압력(Pf)을 근거로 결정 제어전류값(Ie)을 생성하는 단계이다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 전류-압력 선도에서 압력 값이 대입되면 전류값이 결정되는 것이다. 즉, 결정압력(Pf)이 전류-압력 선도에 대입되면 그에 해당하는 결정 제어전류 값(Ie)이 생성되는 것이다.
상술한 바와 같이 최종적으로 구해진 결정 제어전류 값(Ie)은 전자비례제어밸브(EPPR V/V: Electronic Proportional Pressure Reducing Valve)에 제공된다. 상술한 전자비례제어 밸브는 유압펌프(30)의 경전각을 제어한다.
한편, 도 7 및 도 8은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 하이브리드 건설기계의 유압펌프 제어방법을 각각 설명하기 위한 순서도이다.
먼저, 도 7에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 건설기계의 유압펌프 제어방법에 의하면, 결정압력 연산단계(s60)에서 상기 등가 펌프 유량 연산 단계(s30)에서 구해진 등가 펌프 유량(Qep)을 펌프마력제어 선도에 대입하여 결정 압력(Pf)을 구함으로써 상기 등가 선회 유량 단계(s40) 및 결정유량 설정단계(s50)를 생략할 수 있다.
그리고, 도 8에 도시된 바와 같이 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 하이브리드 건설기계의 유압펌프 제어방법에 의하면, 등가 선회 유량 단계(s40)에서 구해진 등가 선회 유량(Qes)을 펌프마력제어 선도에 대입하여 결정 압력(Pf)을 구함으로써 상기 토크 연산 단계(s10), 상기 출력 연산단계(s20) 및 상기 등가 펌프 유량 연산 단계(s30)를 생략할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 하이브리드 건설기계의 유압펌프 제어방법에 의하면, 선회 복합 동작을 수행할 때에, 작업기의 총 출력을 종래의 엔진식 건설기계와 유사하도록 제어하고, 조작감성을 유사하게 구현할 수 있다.
이 때문에, 엔진식 건설기계에 익숙한 작업자도 별다른 이질감 없이 하이브리드 건설기계를 안정적으로 운전할 수 있는 것이다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명에 따른 하이브리드 건설기계의 유압펌프 제어방법은, 엔진의 동력에 의해 유압펌프와 발전기를 작동시키고, 유압펌프에 의해 유압에너지를 생성하여 유압 작업기를 작동시키고, 발전기에 의해 전기에너지를 생성하여 선회 전동기를 작동시킴에 있어서, 선회 전동기의 특성을 반영하여 유압펌프를 제어하는 데에 이용될 수 있다.

Claims (4)

  1. 선회 전동기(60)의 제어 전류값(Is)과 전동기 상수(Km)을 곱하여 선회 전동기 토크(T)를 구하는 토크 연산 단계(s10);
    상기 선회전동기 토크(T)에 선회 전동기(60)의 회전속도(W)를 곱하여 선회 전동기 출력(Ps)을 연산하는 출력 연산단계(s20);
    상기 선회 전동기 출력(Ps)을 유압 펌프(30)의 토출 압력(Pp)로 나누어 등가의 펌프 유량(Qep)을 구하는 등가 펌프 유량 연산 단계(s30);
    상기 선회 전동기(60)의 회전속도(W)의 크기에 엔진식 굴삭기의 선회 유압모터 용적(Ds)을 곱하여 등가 선회 유량(Qes)을 구하는 등가 선회 유량 연산단계(s40);
    상기 선회전동기 출력(Ps)의 부호가 양수이면 상기 등가 선회 유량(Qes)과 등가 펌프 유량(Qep) 중에 큰 값을 결정유량(Qr)으로 설정하고, 상기 선회전동기 출력(Ps)의 부호가 음수인 경우에는 '0'을 결정유량(Qr)으로 설정하는 결정유량 설정단계(s50);
    펌프마력제어 선도에 상기 결정유량(Qr)을 대입하여 결정 압력(Pf)을 구하는 결정압력 연산단계(s60); 및
    전류-압력 선도에 상기 결정압력(Pf)을 대입하여 결정 제어전류 값(Ie)을 구하는 결정 전류값 도출단계(s70); 를 포함하고,
    상기 결정 전류 값(Ie)에 의하여 유압펌프(30)의 전자비례제어밸브(EPPR V/V)가 제어되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 건설기계의 유압펌프 제어방법.
  2. 선회 전동기(60)의 제어 전류값(Is)과 전동기 상수(Km)에 따라 선회 전동기 토크(T)를 구하는 토크 연산 단계(s10);
    상기 선회 전동기 토크(T)와 선회 전동기(60)의 회0전속도(W)에 따라 선회 전동기 출력(Ps)을 구하는 출력 연산단계(s20);
    상기 선회 전동기 출력(Ps)을 유압펌프(30)의 출력으로 환산하여 등가 펌프 유량(Qep)을 구하는 등가 펌프 유량 연산 단계(s30);
    펌프마력제어 선도에 상기 등가 펌프 유량을 대입하여 결정 압력(Pf)을 구하는 결정압력 연산단계(s60); 및
    전류-압력 선도에 상기 결정압력(Pf)을 대입하여 결정 제어전류 값(Ie)을 구하는 결정 전류값 도출단계(s70); 를 포함하고,
    상기 결정 전류 값(Ie)에 의하여 상기 유압펌프(30)의 전자비례제어밸브(EPPR V/V)가 제어되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 건설기계의 유압펌프 제어방법.
  3. 선회 전동기(60)의 회전속도(W)의 크기에 엔진식 굴삭기의 선회 유압모터 용적(Ds)을 곱하여 등가 선회 유량(Qes)을 구하는 등가 선회 유량 연산단계(s40);
    상기 등가 선회 유량과 펌프마력제어 선도에 따라 결정 압력(Pf)을 구하는 결정압력 연산단계(s60); 및
    전류-압력 선도에 상기 결정압력(Pf)을 대입하여 결정 제어전류 값(Ie)을 구하는 결정 전류값 도출단계(s70); 를 포함하고,
    상기 결정 전류 값(Ie)에 의하여 유압펌프(30)의 전자비례제어밸브(EPPR V/V)가 제어되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 건설기계의 유압펌프 제어방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 펌프마력제어 선도는,
    유압시스템에 대한 마력제어 또는 등마력제어가 수행되어 가변되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 건설기계의 유압펌프 제어방법.
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